[發明專利]用于一體化渦輪過渡段非定常流動計算的邊界模型方法

有效

• 申請號: 202110446434.4
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113065292B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 楊杰
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/17
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 黃海波

本發明公開了用于一體化渦輪過渡段非定常流動計算的邊界模型方法，包括步驟：對含一體化渦輪過渡段在內的渦輪葉片排進行定常計算；從計算結果中提取一體化渦輪過渡段進、出口邊界模型數據；將過渡段進、出口邊界模型數據周向復制擴展至全周；在流體仿真軟件中導入一體化渦輪過渡段單個周期的計算域網格，分別根據過渡段前、后排轉子葉片的轉速建立兩個旋轉坐標系；對過渡段進口按周向擴展后的進口邊界模型數據和所建上游轉子坐標系設置進口邊界條件；對過渡段出口按周向擴展后的出口邊界模型數據和所建下游轉子坐標系設置出口開放邊界條件；對過渡段進行其它項設置，完成非定常流動計算。本發明計算量小、操作簡單、不受流體仿真軟件的功能限制。

技術領域

本發明涉及燃氣輪機渦輪技術領域，特別地，涉及一種用于一體化渦輪過渡段非定常流動計算的邊界模型方法。

背景技術

渦輪過渡段是渦軸、渦槳等航空發動機中的重要構件，用于連接位于其前、后的高壓渦輪與低壓渦輪，并起結構上的支撐作用。一體化渦輪過渡段是將渦輪過渡段與低壓渦輪第一級導向器進行融合與一體化設計。在這種過渡段中，通常同時含有大小葉片，其中的大葉片起通油、通氣作用，數目較少，小葉片起氣流導向作用，數目較多。由于同一個構件即是渦輪過渡段又是低壓渦輪第一級導向器，從而可大幅縮短渦輪部件的長度，因此一體化渦輪過渡段構型已經成為渦輪過渡段構型的發展趨勢。

由于一體化渦輪過渡段前后都是轉子葉片，從而其流動同時受到來自前后方向的非定常擾動的影響，非定常特征明顯，故有必要采用非定常計算代替定常計算對其非定常流動和氣動性能進行更加精確的模擬。

一體化渦輪過渡段作為典型的渦輪構件，對于其非定常流動的模擬目前通常有三種方法：全環模擬方法、葉片數約化方法、類似單通道模擬方法，其中，現有的全環模擬方法計算網格量很大，所需要的計算資源多，計算時間長，在工程應用上實用性較差。現有的葉片數約化方法相對于全環模擬方法而言，計算網格量有所減少，然而其計算量仍然較大，且需要進行葉片數約化處理，因此操作較復雜。現有的類似單通道模擬方法所需的計算網格量比前兩者均少，然而該方法嚴重受限于CFD仿真軟件的相關功能限制，對于一體化渦輪過渡段這種同時含大小葉片的構型，該方法通常不能得到完滿的應用。

發明內容

本發明提供了一種用于一體化渦輪過渡段非定常流動計算的邊界模型方法，以解決現有技術針對一體化渦輪過渡段進行非定常計算時計算量大、操作復雜、因受制于流體仿真軟件功能的技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

用于一體化渦輪過渡段非定常流動計算的邊界模型方法，包括步驟：

對含一體化渦輪過渡段在內的渦輪葉片排進行定常計算，將其計算結果作為過渡段非定常計算所需的進、出口邊界模型數據的數據源和非定常計算所需的初場文件；

從所得到的計算結果中提取一體化渦輪過渡段進、出口邊界模型數據；

將提取的一體化渦輪過渡段進、出口邊界模型數據進行周向復制擴展至全周；

在流體仿真軟件中導入一體化渦輪過渡段單個周期的計算域網格，然后分別根據一體化渦輪過渡段前、后排轉子葉片的轉速建立兩個旋轉坐標系；

根據以一體化渦輪過渡段前排轉子葉片的轉速建立的旋轉坐標系、擴展至全周的一體化渦輪過渡段進口邊界模型數據，對所述一體化渦輪過渡段的進口設置進口邊界條件；

根據以一體化渦輪過渡段后排轉子葉片的轉速建立的旋轉坐標系、擴展至全周的一體化渦輪過渡段出口邊界模型數據，對所述一體化渦輪過渡段的出口設置出口開放邊界條件；

對一體化渦輪過渡段非定常流動計算的其它相關設置項進行設置，完成非定常流動計算，所述其它相關設置項包括壁面邊界條件、湍流模型、迭代計算時間步長、迭代時間步數。